JPH0479313A

JPH0479313A - 結晶薄膜の形成方法および該方法で得られた結晶薄膜

Info

Publication number: JPH0479313A
Application number: JP19418090A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Sato; 信彦佐藤; Kenji Yamagata; 憲二山方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-03-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、結晶薄膜の形成方法および該方法で得られた
結晶薄膜に係り、特に、単結晶を堆積面上にその位置お
よび大きさを制御して形成した後、平坦化を行う結晶薄
膜の形成方法および該方法で得られた結晶薄膜に関する
。

本発明は、例えば、半導体集積回路、磁気回路等の電子
素子、光素子、磁気素子、圧電素子、或は、表面音響素
子等に利用される結晶半導体薄膜に適用される。

［従来の技術］絶縁物基板上に複数の単結晶を成長させるＳＯ工技術の
分野においては、例えば、表面材料間の核形成密度の差
による選択核形成に基づいた方法が提案されている（Ｔ
、Ｙｏｎｅｈａｒａ　ｅｔ　ａｌｉ１９８７）　Ｅｘ−
ｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１
９ｔｈ　ＳＳＤＭ、　１９１）。この結晶形成方法を第
３図を用いて説明する。

まず第３図（ａ）に示すように、核形成密度の小さい表
面３０３をもつ基体３０１上に、表面３０３よりも核形
成密度の大きい表面をもつ領域３０７．３０７“を直径
ａ、間隔すで配する。この基体３０１に所定の結晶形成
処理を施すなら、領域３０７，３０７°の表面にのみ堆
積物の核３０９．３０９’　が発生し、基体３０１の表
面３０３の上には核の発生は起こらない（第３図（ｂ）
）。そこで領域３０７，３０７’の表面を核形成面（Ｓ
ＮＤＬ）、表面３０３を非核形成面（ＳＮＤＳ）と呼ぶ
。核形成面３０７に発生した核３０９をさらに成長させ
れば結晶粒３１０となり（第３図（Ｃ））、核形成面３
０７の領域を越えて非核形成面３０３の上にまで成長し
、やがて隣の核形成面３０７°から成長してきた結晶粒
３１０°　と接して粒界３１１が形成される。従来この
結晶形成方法においては、核形成面３０７に非晶質Ｓｉ
３Ｎ４、非核形成面３０３にＳｉＯ２を用い、ＣＶＤ法
によってＳｉ単結晶を複数個形成した例（上記論文参照
）、および、５ｉ０２を非核形成面３０３とし、集束イ
オンビームによりＳｉイオンを非核形成面３０３に注入
することにより核形成面３０７となる領域を形成し、Ｃ
ＶＤ法によりＳｉ単結晶を複数個形成した例（１９８８
年第３５回応用物理学関係連合講演会２８ｐ−Ｍ−９）
が報告されている。。

また、単結晶の形成方法の第２の方法として、非核形成
面上に核形成面のかわりに種結晶を配し、この種結晶を
成長させることにより、単結晶粒を形成する例も報告さ
れている（１９９０年応用物理学会学術講演会予稿集第
２分冊２７ａ−Ｃ−２）。

ところで、透明基体上に光電変換素子を形成し、ファク
シミリ等の画像入力部とすることや、大型で安価なガラ
ス基体上に素子を形成することが要請されている。特に
、単結晶をこのような基体上に互いに分離して形成すれ
ば、バルク上の素子と同等の特性を示すので素子の富性
能化と利用範囲の拡大が可能である。前記ＪｌＬ結晶を
その形成位置を制御して形成する結晶形成方法は、この
点においても非富に有効な結晶の形成方法である。

一方、上記結晶の形成方法で得られるｊｌＬ結晶の大半
は塊状であり、その上に素子を形成する場合、該結晶の
上部を平坦化することは、その素子性能の向上および、
特性の均一化、歩留まりの向上といった点から大変に有
効である。また、これらの単結晶のそれぞれに一つの素
子を形成し、それらを絶縁物により互いに分離して形成
することにより、通常必要とされる素子分離領域が著し
く縮小し、高集積化を可能にする。近年、絶縁性材料上
の半導体層を薄層化することでその素子性能が向上する
ことが分かフできた。（Ｉｎｔｅｒ−ｎａｔｉｏｎａｌ
　ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　ｆｕｔｕｒｅ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ１９ＢＢ　’）。

しかるに、このような結晶の平坦化技術は、以下に詳細
に述べるように十分には確立されていなかりた。

従来、表面が平坦な薄層を得る方法とじては以下のよう
な方法が提案されていた。例えばＳｉ層の上部を酸化し
、酸系のエツチング液で除去する方法（酸化層除去法）
、反応性イオンエツチングによって薄層化する方法、あ
るいは、一般のシリコンウェハの研磨に広く用いられる
メカノケミカルポリッシング法である。

■酸化層除去法は、酸化速度を速めるために高圧酸化等
の方法を用いなければならず、非常に高価なプロセスと
なる。加うるに、出発材料表面に凹凸が存在するときに
は、先ず何らかの方法で平坦化した後に酸化しなければ
ならない。

さらに、Ｓｉ層に粒界や、方位の異なった結晶が存在す
る場合には、酸化が、粒界にそって増速されたり、結晶
方位による酸化速度の異方性によって均一、平坦に酸化
するには問題が多い。

■また、反応性イオンエツチング法は、所望の厚さに薄
層化するにはエツチング時間を調節して厚み制御するし
かないが大面積基板に対して結晶を１μｍ以下の膜厚に
精密に制御するにはその制御性、再現性、均一性、およ
び、量産性に多くの問題がある。さらに、付記すべき点
はエネルギーを持ったイオンが半導体結晶に直接入射し
表面に衝突するため、表面層へのダメージの問題も残る
。

■最後のメカノケミカルポリッシング法は、般のシリコ
ンウェハに対して用いられる際は研磨剤としてコロイダ
ルシリカと呼ばれるＳｉＯ２の０．０１μｍ程の径を持
つ砥粒を弱アルカリ系の溶液に懸濁させた研磨液とポリ
ウレタン系の布を使ってポリッシングを行う。これは、
砥粒（ＳｉＯ□）とシリコンウェハとの摩擦による物理
的な研磨作用と摩擦中の発熱温度上昇による弱アルカリ
の研磨液中へのシリコンの化学的な溶去作用が混在した
研磨である。メカノケミカルポリッシングはシリコンウ
ェハ等の基板を研磨する際の最終工程に用いられており
、ポリッシングされた基板表面は平坦な無歪鏡面である
。

また、このメカノメカニカルポリッシング法を応用した
選択ポリッシング技術がある（浜口、遠藤、応用物理学
会誌：第５６巻第１１号１４８０ページ；　Ｔ、Ｈａｍ
ａｇｕｃｈｉ、Ｎ、Ｅｎｄｏ、Ｍ、にｉｍｕｒａ　ａｎ
ｄ　Ａ。

ｌ５ｈｉｔａｎｉ、Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓｖｏｌ、２３
．Ｎｏ、１０，１９８４　ＰＤ、ＬＯ−８１５；Ｔ、Ｈ
ａｍａｇｕｃｈｉ、　Ｎ。

Ｅｎｄｏ　Ｍ、ｋｉａ＋ｕｒａ　ａｎｄ　Ｍ、Ｎａｋａ
ｍａｅ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｍｅｔ
ｉｎｇ、　ｐ６８８１９８５　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　
Ｄ、Ｃ，Ｕ、Ｓ、Ａ、）。これは、加工液に弱アルカリ
性の溶液を用いているが、この溶液と非研磨体の化学反
応が物質により異なることを利用して加工速度に選択性
を与えている。そして、該方法はその化学液との化学反
応と、それにともない生成される物質をポリッシング布
によってふき取るという機械的除去過程によって成り立
っている。例えば、エチレンジアミン・ピロカテコール
を用いてＳｉをエツチングすると、アミンのイオン化過
程を酸化還元反応により５ｉ（ＯＨ）Ｂ’−が３１表１
・面に形成され、それがピロカテコールとキレートを生
成し液中に溶解していく。この５ｉ（ＯＨ）６’−のＳ
ｉ表面からの除去をポリッシング布の繊維による機械的
作用により行うのが選択ポリッシングである。被研磨体
がＳ　ｉ　Ｏ２領域とＳｉ領域で構成されているときに
は５ｉ０２領域で囲まれたＳｉ領域は５ｉ０２領域の高
さまで研磨されるとポリッシング布によるふき取り効果
が著しく減受し、５ｉ０２領域をストッパーとしてＳｉ
領域のみが平坦に研磨される。

非晶質絶縁物基板上に形成したＳｉ薄層においては、粒
界、亜粒界、双晶粒界が存在することも多く、上記した
ような化学エツチングに大きく依存したメカノメカニカ
ルポリッシング法では、欠陥領域において増速反応があ
り粒界等の存在する部分からさきに加工が進み、表面平
坦性が劣化してしまう。

■また、前述した第１、第２の結晶形成方法により形成
された結晶にたいして平坦化処理を施す場合には、基体
上にあらかじめ研磨をストップさせるためのストッパー
を配する必要があり、ストッパーと核形成面の核形成密
度の差があまり大きくない場合には、単結晶になる核が
ストッパー上にも形成されてしまう場合もあった。

以上述べたように、より平坦に、より精度よく（例えば
膜厚１μｍ程度以下に）、シかも、ばらつきをより少な
くして薄層化を行い得る技術は存在しなかった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は以上に述べたような種々の問題点を克服し、基
体上に単結晶群をその位置を制御して互いに分離して形
成し、該単結晶の位置と大きさを制御して形成した後、
極めて平坦で、精度よく（例えば膜厚１μｍ程度以下に
）、膜厚のばらつきを小さく、しかも歩留まりよく、少
ない工程で容易に薄層化することが可能な結晶薄膜の形
成方法および該方法で得られた結晶ＷＦ＠を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の結晶薄膜形成方法は、表面に非核形成面を有す
る基体の所望の位置に、結晶形成処理により、表面を覆
い尽くさない大きさで単結晶を形成した後、該単結晶よ
りも研磨砥粒に対する機械的加工速度の低い材料から成
る薄膜を全面に堆積し、前記研磨砥粒を含有する加工液
によって該単結晶および該単結晶を覆う部分の薄膜を研
磨して、非核形成面上に直接形成された部分の該薄膜表
面をストッパーとして、その表面まで単結晶を平坦化す
ることを特徴とする。

本発明の結晶薄膜は、表面に非晶質絶縁物材料からなる
非核形成面を有する基体上の所望の位置に、結晶形成処
理により、表面を覆い尽くさない大きさで単結晶を形成
した後、該単結晶よりも研磨砥粒に対する機械的加工速
度の低い材料から成る薄膜を全面に堆積し、前記研磨砥
粒を含有する加工液によって機械的に研磨して、該単結
晶および該単結晶を覆う部分の薄膜を研磨して、該薄膜
が非核形成面上に直接形成された部分の該薄膜表面をス
トッパーとして、その表面まで平坦化された単結晶を有
することを特徴とする。

［作用コ以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見と
ともに説明する。

本発明者は研磨工程について、上述した問題点を解決す
べく数多くの検討を行った結果、研磨において、研磨砥
粒に対する機械的加工速度が研磨すべき単結晶粒よりも
小さい材料、例えば、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜
を研磨のストッパーとして単結晶粒を研磨すると、この
ストッパーより高い部分のＲ−結晶の研磨は容易に進行
し、方、結晶上面がストッパー表面と同じ高さになつた
ところで、結晶の研磨の進行が抑えられることを見い出
すにいたった。

したがって、ストッパーの材料としては、研磨砥粒に対
する機械的加工速度が研磨すべき単結晶粒のそれよりも
低く、しかも、半導体素子形成プロセスに導入しても何
等問題ない物質が望ましい。このような物質としては、
例えば従来より半導体プロセスで用いられ、しかも、モ
ース硬度が９と非常に固いために研磨砥粒に対する機械
的加工速度が非常に低い窒化シリコン膜、あるいは、酸
化シリコン膜などが適していることが分った。

しかし、特に窒化シリコン膜は核形成密度が比較的高い
材料であり、上記従来技術第１の結晶の形成方法におい
ては、核形成面となりつる材料の１つであり、あらかじ
め基体上部に配して、結晶形成処理を施した場合には、
そこにも核形成を生じ、結晶形成位置の制御性に問題を
生じることがある。あるいは、従来の技術で述べた第２
の結晶の形成方法においても窒化シリコンのような材料
を非核形成面とした場合、非核形成面における不要な核
の発生が増え、結晶形成位置の制御性に問題を生じるこ
とがある。一方、この現象を抑制すべく、塩化水素のよ
うなエツチングガスを多く流すことにより、この現象を
制御する場合には結晶の成長速度が低下するため、結晶
形成に要する時間が長時間化してしまう。

これら問題点を解決する本発明は、表面を覆い尽くさな
い大きさで単結晶を形成しておき、該単結晶よりも研磨
砥粒に対する機械的加工速度の低い材料から成る薄膜を
全面に堆積する。ここで、基体表面のうち、結晶に覆わ
れた面積と覆われていない面積の比は、１００：１以下
、より好ましくは５ｏ：１以下である。

本発明の結晶形成処理により形成される結晶粒は、山形
の形状を有し、基体上面と並行な面は、はとんど持たな
いため、研磨工程に際して、基体上面と平行な研磨面に
当たっている結晶を覆う部分の薄膜は、研磨面とは面で
接することがなく、たえず多角環状、すなわち、線状の
部分でしか当たらない。したがって、この部分の薄膜は
、単結晶とともに容易に研磨されてしまう。ところが、
単結晶は表面を覆い尽くさない大きさで成長させである
ため、単結晶で覆われていない基体の部分には直接薄膜
が形成されており、この部分の薄膜は、基体上面と平行
となっている。したがって、この部分の薄膜は研磨の障
害となり、研磨をすすめる際にストッパーとして機能す
る。したがって、基体に直接形成された薄膜の厚みに対
応した厚みの結晶薄膜が容易に精度よく得ることが可能
となる。

上記の構成によれば、機械的研磨法を用いることにより
、化学研磨法による結晶面方位、結晶欠陥による増速エ
ツチング現象による平坦化の困難を克服することができ
る。

また、結晶形成処理にさきだって、あらかじめ基体上に
凹部を形成し、その凹部を覆い尽くす結晶を形成し、該
結晶を凹部の上面をストッパーとして研磨する場合には
、あらかじめ基体上に凹部を形成するためにレジストプ
ロセス、フォトリソグラフィー工程、エツチング工程を
要するが、本発明においては、結晶を形成した後、所望
の結晶層膜厚と同じ膜厚のストッパー薄膜を形成するの
みなので、時間、および、コストともかからず、容易に
実施できる。

［実施態様］以下、本発明の実施態様例を第１図を用いて説明する。

（基体）本発明において基体１０１は、結晶形成処理、研磨工程
に適するものであれば、形状、構成材料ともなんら限定
されないが、例を挙げるならば、シリコン、石英ガラス
、金属、アルミナ等がある。

（結晶形成処理）基体上に単結晶粒を形成する方法としては従来技術に示
したような方法がある。

■第１の方法は、基体上に非核形成面１０３、および、
核形成面１０７，１０７’を形成する（第１図（ａ））
。非核形成面は、基体上面にあってもよいし、基体上に
新たに堆積した膜の表面でも良い。単結晶を構成する材
料に対する核形成密度が前記非核形成面より大きく、か
つ、結晶成長して単結晶になる核が唯一形成されうるに
十分小さい面積を有し、かつ、非晶質材料で構成されて
いれば良い。核形成面の核形成密度は非核形成面の１０
２倍、より望ましくは１０３倍以上であれば良い。例え
ば、非核形成面が酸化シリコン膜や石英ガラスで構成さ
れる場合、窒化シリコン膜やＳｉが過剰に含まれる酸化
シリコン、窒化シリコンなどが核形成面材料として挙げ
られるが、これに限定されるものではない。

続いて結晶１１０．１１０’　を形成する（第１図（ｂ
））が、結晶の形成方法は、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ
）、ＭＯＣＶＤ法、ブラズ７ＣＶＤ法などがある。

■第２の方法は、基体上に非核形成面を用意し、さらに
該非核形成面上の所望の位置に種結晶を配し、その種結
晶を第１の方法と同様の方法により成長させる方法であ
る。

非核形成面は、基体表面であっても基体上に堆積した材
料の表面であってもよいが、非晶質絶縁物材料であれば
、これらの材料に限定されることはない。木方法におけ
る非核形成面は種結晶を成長させる間に核が形成されな
いことが必要条件である。例えば、酸化シリコン膜、石
英ガラス、窒化シリコン膜等がある。

種結晶は、結晶形成処理にさきたち、結晶の構成材料′
の微小な大きさの単結晶を所望の位置に配する。その方
法は、例えば結晶の構成材料を所望の位置に熱処理によ
って凝集するに十分微細な表面積を有する原種子を微小
な大きさで配した後、水素雰囲気中で前記原種子が融解
する温度より低い温度で熱処理することにより、凝集反
応をおこして、前記原種子を単結晶化するものである。

そのほか、燐、或は、ボロン、砒素などの不純物を高濃
度に添加した多結晶半導体膜を熱処理することによって
も種結晶の形成は可能である。これは、多結晶膜中のグ
レインが異常粒成長して単結晶化するものである。

結晶形成処理は、第１の方法と全く同様である。結晶形
成処理の結果、所望の大きさの単結晶を得る。

（ストッパー）ストッパーとなる薄膜１１２は、結晶形成処理のあと形
成する（第１図（Ｃ））。その材質は、研磨砥粒に対す
る機械的加工速度が単結晶よりも低ければ良い。このよ
うな材料としては、単結晶がシリコンの場合、酸化シリ
コン、さらに機械的加工速度の低い材料として、窒化シ
リコン等が挙げられる。その形成方法は全く限定されな
いが、例を挙げるならば、常圧ＣＶＤ法、減王ＣＶＤ法
、プラズマＣＶＤ法、あるいは、スパッタソング法など
が挙げられる。

膜厚は、最終的に得たい結晶薄膜の膜厚と同しにすれば
よい。この厚さは、研磨工程において、結晶を覆ってい
る部分が、研磨砥粒により削られることが可能な程度の
厚さでなければならない。

この厚さは、材料、あるいは、研磨条件により異なるが
、一般的には５μｍ以下３０ｎｍ以上、より望ましくは
、２μｍ以下７０ｎｍ以上であるとよい。

（研磨工程）基体上に結晶を形成し、ストッパーとなる薄膜を形成し
た後、研磨工程を行う。研磨工程は、通常シリコンウェ
ハ等のポリッシングに用いる研磨装置において、コロイ
ダルシリカ等の研磨砥粒を加工液に懸濁して研磨液とし
、研磨を行う。本発明の結晶形成処理により形成される
結晶粒は、山形の形状を有し、基体上面と並行な面は、
はとんど持たないため、研磨工程に際して、基体上面と
平行な研磨面に当たっている結晶を覆う部分のストッパ
ー薄膜は、研磨面とは面で接することがなく、たえず多
角環状、すなわち、線状の部分でしか当たらない、した
がフて、この部分のストッパー薄膜は、結晶とともに研
磨されてしまうので、研磨の障害とはなり得ない、さら
に研磨を進めることにより、結晶の厚さがストッパー薄
膜の膜厚と等しくなると、非核形成面上に直接形成され
た部分のストッパー面１１３が研磨面と面で当たること
になり、この面をストッパーとして研磨が終了する（第
１図（ｄ））。

［実施例コ（実施例１）以下、本発明に基づき複数のＳｉ単結晶薄膜を形成した
実施例１を第１図に基づき説明する。

（１）石英基板１０１を基体として用いた。

基板１０１の全面に核形成面となるべき薄膜Ｓｉ３Ｎ４
層をＬＰＧＶＤで５００人堆積した。

（２）次に、間隔５０１．ｔｍ、１辺２μｍ角でＳｉ３
Ｎ４層１０７，１０７’　を残し、それ以外の部分をフ
ォトリソグラフィーおよび反応性イオンエツチングを用
いて除去した（第１図（ａ））、残された５ｉｓＮ４層
１０７゜１０７゛が核形成面となり、基板１０１の表面
１０３が非核形成面となる。

（３）この基板をＣＶＤ装置に設置し、次なる条件で結
晶形成処理を行りた。

圧カニ　１５０Ｔｏｒｒ基板温度、１０５０℃ 使用ガス：　ＳｉＯ２ＣＡ。／ＨＣＪ２　／Ｈ２流量比
　５ｉＣｈＣＪ２２／ＨＣｕ　／Ｈ２０，５３／１．６
／１００（１／ｍ１ｎ）上記条件での結晶形成処理の結
果、Ｓ１核がＳｉ３Ｎ４層（核形成面）１０７，１０７
’　にのみ形成され、第１図（ｂ）に示すように、高さ
約３０μｍ、直径４０μｍの山形のＳｉ単結晶１１０．
１１０’が各核形成面１０７，１０７を起点として形成
された。

（４）続いて、ＬＰＣＶＤ法で全面に酸化シリコン膜１
１２を４０００人に堆積した（第１図（Ｃ））。

（５）そのあと、ＳｉＯ２のコロイダルシリカ（平均粒
径０．０１μｍ）を含んだ加工液を用いて、通常用いら
れるシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力２３０ｇ／
ｃｍ２．温度３０〜４０℃の範囲にて研磨した。

その結果、第１図（ｄ）に示すように、Ｓｉ単結晶１１
０．１１０’　を覆う酸化シリコン膜１１２は、多角環
状に削りとられて内部のＳｉ単結晶１１０，１１０°と
ともに研磨されたが、基板１０１上に直接形成された部
分の酸化シリコン膜領域１１２ａとＳｉ単結晶１１０，
１１０°が同じ高さになったところでこの酸化シリコン
膜領域１１２ａの上面１１３が研磨に対するストッパー
として働き研磨が停止され、膜厚４０００人±３００人
の平坦なＳｉ阜結晶薄膜１１０ａ１１０ａ’が４インチ
石英基板１０１上に得られた（第１図（ｄ））。

同時に研磨した他の９枚の基板上でも得られたＳｉ単結
晶薄膜の厚さも全て４０００人±２５０人の範囲内であ
った。

（実施例２）以下、本発明に基づき複数のＳｉ結晶粒を形成した実施
例２を第２図に基づき説明する。

（１）Ｓｉウェハ２０１を基体とし、その上に熱酸化法
により、酸化シリコン膜２０２を１００００人の厚さに
堆積して非核形成図とした。

（２）次に窒化シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、３０
０人の厚みに堆積した。その後、通常の半導体プロセス
におけるフォトリソグラフィーおよび、反応性イオンエ
ツチング（ＲＩＥ）により、大きさ２μｍ角で間隔５０
μｍで窒化シリコン＠２０３，２０３’　が残るように
窒化シリコン膜をエツチングし、窒化シリコン膜を核形
成面とした（第２図（ａ））。

（３）ジクロルシラン、塩：化水素、水素を用いたＣＶ
Ｄ法により、上記基体に結晶形成処理を施した。成長条
件は以下のとおりとした。

圧力＋８０Ｔｏｒｒ基板温度：９９０℃ 使用ガス：　５ｉＨｚ　Ｃｆ２２／ＨＣ互／Ｈ２流量比
：　５ｉＨｚ　Ｃｆｌ　２／ＨＣρ／Ｈ２−０，５３／
１．４／１００　（１／ｗｉｎ、）　。

その結果、粒径４５μｍの単結晶が各核形成面を起点と
して形成された（第２図（ｂ））。

（４）続いて、ＬＰＣＶＤ法によって、全面に窒化シリ
コン膜２１２を厚さ４０００人堆積した（第２図（Ｃ）
）。

（５）そのあと、ＳｉＯ２のコロイダルシリカ（平均粒
径０．０１μｍ）を含んだ加工液を用いて、通常用いら
れるシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力２３０ｇ／
Ｃｍ２、温度３０〜４０℃の範囲にて研磨した。その結
果、Ｓｉ単結晶を覆う窒化シリコン膜は、多角環状に削
りとられて内部のＳｉ単結晶とともに研磨され、ストッ
パー２１３である基体上に直接形成された部分の窒化シ
リコン膜領域とＳｉ単結晶が同じ高さになったところで
研磨が停止され、膜厚４０００人士２５０人の平坦なＳ
ｉ単結晶薄層が４インチ石英基板上に得られた（第２図
（ｄ））。

同時に研磨した他の９枚の基板上でも得られたＳｉ単結
晶の薄層の厚さも全て４０００人士３００人の範囲内で
あった。

（実施例３）（１）石液基板を基体、および、非核形成面とし、その
上に多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、３０００
人堆積した後、不純物とじて３１ｐ＋（リン）を加速電
圧３０ｋｅｖで２×１０　”ｃ　ｍ−’注入した。さら
に、通常の半導体プロセスにおけるフォトリソグロフィ
ー、および、反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）により
、間隔８０μｍ、大きさ１．２μｍ角で残し、原種子と
した。

（２）次にこの基体を水素雰囲気中１１００ｔ：で３分
間熱処理した。その結果、各原種子はそれぞれ車一体に
凝集し、単結晶種子となった。

（３）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処置を施した。成長条件
は以下のとおりとした。

圧カニ８０Ｔｏｒｒ基板温度：１０８０℃ 使用ガス：　５１）＋２　Ｃｆｌ　ｘ／ＨＣＩＩ　／Ｈ
２流量比：　５ｉＨｚ　Ｃｆｌ　ｘ／Ｈｔ、ｆ！、／）
＋２−０．５３／１．３／１００　（１／ｍｉｎ、）そ
の結果、粒径７０μｍの単結晶が各核形成面を起点とし
て形成された。

（４）続いて、ＬＰＣＶＤ法で全面に窒化シリコン膜を
厚さ１μｍ堆積した。

（５）そのあと、５ｉｎ２のコロイダルシリカ（平均粒
径０．０１μｍ）を含んだ加工液を用いて、通常用いら
れるシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力２３０ｇ／
ｃｍ２．温度３０〜４０℃の範囲にて研磨した。

その結果、第１図（ｄ）に示すと同様にＳｉ＄結晶を覆
う窒化シリコン膜は、多角環状に削りとられて内部の５
ｉｊＩＬ結晶とともに研磨され、ストッパー１１３であ
る基体上に直接形成された部分の窒化シリコン膜領域と
３１車結晶が同じ高さになったところで研磨が停止され
、膜厚１μｍ±５００人の平坦なＳｉ車結晶薄層が４イ
ンチ石英基板上に得られた。

同時に研磨した他の９枚の基板上でも得られた５ｉＪＬ
結晶薄眉の厚さも全て１μｍ±８００人の範囲内であっ
た。

（実施例４）（１）Ｓｉウニ八へ基体とし、その上に熱酸化法により
、酸化シリコン膜１０００人堆積して非核形成面とした
。

（２）次にＰ（リン）を３　ｘ　１０１Ｓｃｍ−’ドー
プした多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤ法により、２５０
人堆積した。この堆積膜をＥＢ（電子線）露光技術を用
いたパターニング技術によって、０．３μｍ角の正方形
で５０μｍ間隔にバターニングし原種子とした。上記原
種子を配した基体を９９０℃で２分間水素雰囲気中で熱
処理し、単結晶種子に変化せしめた。

（３）ジクロルシラン、塩化水素、水素を用いたＣＶＤ
法により、上記基体に結晶形成処置を施した。成長条件
は以下のとおり。

真空度：８０Ｔｏｒｒ基板温度：９９０℃ 使用ガス：　５ｉＨ２Ｃ！Ｌ２／ＨＣρ／＋（２流量比
：　５ｉＨｚ　Ｃぶａ／Ｈ［：ｉ／Ｈ２−０，５３／１
．４／１００　（１／１ＩＩｉｎ、）その結果、粒径４
０μｍの単結晶が各核形成面を起点として形成された。

（４）続いてＬＰＣＶＤ法によって、全面に窒化シリコ
ン膜を厚さ５０００人堆積した。

（５）そのあと、５ｉＯｚのコロイダルシリカ（平均粒
径０．０１μｍ）を含んだ加工液を用いて、通常用いら
れるシリコンウェハの表面研磨装置にて圧力２３０ｇ／
ｃｍ”、温度３・０〜４０℃の範囲にて３０分研磨した
。

その結果、第１図（ｄ）に示すと同様にＳｉ単結晶を覆
う窒化シリコン膜は、多角環状に削りとられて内部のＳ
ｉ＄結晶とともに研磨され、ストッパー１１３である基
体上に直接形成された部分の窒化シリコン膜領域と５ｉ
Ｒ７−結晶が同じ高さになフたところで研磨が停止され
、膜、ｌ！ｊ［５０００人±３５０人の平坦なＳｉ＄結
晶薄層が４インチ石英基板上に得られた。

同時に研磨した他の９枚の基板上でも得られたＳｉ車結
晶薄層の厚さも全て５０００人±４００人の範囲内であ
った。

［発明の効果コ本発明による結晶半導体薄膜の形成方法は、単結晶群を
非晶質基体上にそれぞれ絶縁物に囲まれた状態で、結晶
の欠落無く、手脂で、膜厚が精度よく制御された状態で
形成することができる。したがって、高特性の素子や、
半導体集積回路を特性のばらつきなく、しかも、歩留ま
り良く形成することを可能にするものである。

また本発明は、ｍ振的研磨法を用いることにより、化学
研磨法による結晶欠陥による増速エツチング現象による
平坦化の困難を克服することができる。さらに、結晶形
成ＩＡ理にざきだフて、あらかじめ基体上にストッパー
を形成する必要がないため、ストッパー上に結晶核が形
成される可能性はなくなり、単結晶の位置制御が容易に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による結晶薄膜の形成工程を説
明する断面図である。第２図は本発明の他の実施例による結晶薄膜の形成工程
を説明する断面図である。第３図は従来技術による結晶薄膜の形成方法を説明する
断面図である。（符号の説明）１０１．２０１，３０１・・・基体１０３．２０３，３０３・・・非核形成面１０７　１０
７°　　３０７．３０７・・・核形成面３０９・・・核１１０．１１０　．２１０，２１０・・・単結晶３１１・・・粒騨１１２ａ・・・ストッパーとなる薄膜１１３・・・ストッパー面第図＋０７’ ＋０３第２図１０゛０（ｄ）１０ａ ′　　　　　。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面に非核形成面を有する基体の所望の位置に、
結晶形成処理により、表面を覆い尽くさない大きさで単
結晶を形成した後、該単結晶よりも研磨砥粒に対する機
械的加工速度の低い材料から成る薄膜を全面に堆積し、
前記研磨砥粒を含有する加工液によって該単結晶および
該単結晶を覆う部分の薄膜を研磨して、非核形成面上に
直接形成された部分の該薄膜表面をストッパーとして、
その表面まで単結晶を平坦化することを特徴とする結晶
薄膜の形成方法。
（２）前記単結晶の形成方法は、非核形成面と、単結晶
を構成する材料に対しての核形成密度が前記非核形成面
における該核形成密度より大きく、かつ、結晶成長して
単結晶になる核が唯一形成されうるに十分小さい面積を
有し、かつ、非晶質材料で構成されている核形成面とが
隣接して配された自由表面を有する基体に、結晶形成処
理を施すことにより、前記核形成面に核を形成し、該核
を成長させることにより、単一の単結晶を成長させるこ
とを特徴とする請求項１記載の結晶薄膜の形成方法。
（３）前記単結晶の形成方法は、基体上に非核形成面と
単結晶の種子を形成し、次いで結晶形成処理を施して前
記種子を起点として単結晶を成長させることを特徴とす
る請求項１記載の結晶薄膜の形成方法。
（４）前記種子は、熱処理によって凝集するに十分微細
な表面積を有する原種子を、水素雰囲気中で前記原種子
が融解する温度より低い熱処理温度で熱処理を施して単
結晶化することにより形成されることを特徴とする請求
項３記載の結晶薄膜の形成方法。
（５）前記単結晶はシリコンであることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか１項に記載の結晶薄膜の形成
方法。
（６）前記薄膜は窒化シリコン膜であることを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか１項に記載の結晶薄膜の
形成方法。
（７）表面に非晶質絶縁物材料からなる非核形成面を有
する基体上の所望の位置に、結晶形成処理により、表面
を覆い尽くさない大きさで単結晶を形成した後、該単結
晶よりも研磨砥粒に対する機械的加工速度の低い材料か
ら成る薄膜を全面に堆積し、前記研磨砥粒を含有する加
工液によって機械的に研磨して、該単結晶および該単結
晶を覆う部分の薄膜を研磨して、該薄膜が非核形成面上
に直接形成された部分の該薄膜表面をストッパーとして
、その表面まで平坦化された単結晶を有することを特徴
とする結晶薄膜。
（８）前記単結晶は基体上に複数形成されていることを
特徴とする請求項７記載の結晶薄膜。